Biodiversità del suolo

Molti processi nel suolo sono regolati dagli organismi che esso ospita. Vi sono sempre più conoscenze che indicano che è possibile promuovere in modo mirato gli organismi del suolo e utilizzare per ridurre effetti ambientali negativi come erosione del suolo, dilavamento delle sostanze nutritive, perdita di humus, nitrato nell’acqua potabile, eccetera incorrendo in perdite di resa molto basse (cfr. immagine seguente). L’intensivazione ecologica dell’agricoltura, ovvero lo sfruttamento di processi ecologici per ottenere un buon raccolto, suscita al momento un grande interesse. Un’ottimizzazione mirata della fertilità e della salute del suolo con l’aiuto degli organismi viventi che lo popolano rappresenta un’interessante opportunità, che finora non è stata sufficientemente studiata.

Concetto dell’intensivazione ecologica del suolo. Le frecce gialle mostrano il rapporto tra l’immissione di risorse, la perdita di risorse e i processi interni regolatori che sono eseguiti da organismi viventi del suolo in sistemi con intensità di utilizzazione diversa. Il sistema estensivo ha una vita del suolo ricca, poche immissioni e perdite di risorse e una produttività contenuta. Il sistema intensivo ha un’elevata produttività, è molto concimato ed è caratterizzato da un’importante perdita di sostanze nutritive e da un esiguo riciclaggio degli elementi nutritivi. Il sistema sostenibile (in mezzo) presenta un’elevata biodiversità, una buona produttività, una concimazione media, perdite di sostanze nutritive relativamente basse e un altro livello di riciclaggio. Secondo Bender et al. 2016, su gentile concessione di Elsevier.

Il suolo è uno degli habitat più ricchi di biodiversità sulla terra. I suoli dei campi e dei prati svizzeri brulicano di vita. Un grammo di terreno contiene fino a un miliardo di batteri, migliaia di specie di batteri, funghi e lombrichi, e fino a 200 metri di talli funginei (cfr. tabella seguente). Il peso di tutti gli organismi viventi del suolo di un ettaro di terreno può ammontare fino a 15 tonnellate, ovvero l’equivalente di circa 20 vacche o di circa 200 pecore. A titolo comparativo, l’erba di un ettaro di prato al piano nutre appena due vacche. Le funzioni di questo sistema ecologico sotterraneo e la sua utilità per l’agricoltura e l’ambiente sono in parte ancora sconosciute e poco studiate.

* L’abbondanza e la diversità delle specie variano molto e dipendono dai seguenti fattori: sistema di coltivazione, tipo di suolo, metodo di concimazione, lavorazione del suolo e l’avvicendamento delle colture. I terreni a coltivazione biologica hanno in genere più funghi micorrizici, una maggiore biomassa microbica e più lombrichi.

Lo sviluppo di metodi molecolari ha permesso soltanto negli ultimi anni di determinare rapidamente l’identità di molti organismi microscopici del suolo. In tal modo oggi è possibile studiare che effetti abbiano sistemi di coltivazione, lavorazione del suolo, utilizzo di pesticidi e concimazione sugli organismi viventi del suolo e quali misure si possono prendere per proteggere organismi utili e importanti funzioni del suolo. Diversi studi europei hanno dimostrato che la superficie inerbita, il prato artificiale o l’avvicendamento delle colture rispetto alla monocoltura praticata per vari anni hanno un impatto positivo sulla vita e sulla biodiversità del suolo (cfr. grafico seguente). L’effetto positivo di superficie inerbita, prato artificiale e avvicendamento delle colture sulla biodiversità del suolo si traduce in quote di erosione del suolo minori, maggiori capacità di riserve di carbonio e un utilizzo più efficiente delle sostanze nutritive.

L’agricoltura intensiva riduce la biodiversità del suolo. Numero di gruppi funzionali di organismi viventi del suolo in sistemi gestiti in modo diverso in quattro Paesi.    

Il suolo contiene una grande varietà di organismi utili. I risultati di ricerche condotte con sistemi modello hanno dimostrato che questi organismi utili e la biodiversità del terreno in generale hanno un impatto positivo sulla multifunzionalità dei sistemi delle superfici inerbite e campicoli (Bender et al. 2016). In sistemi con molti organismi del suolo e un’elevata biodiversità del suolo sono state dilavate meno sostanze nutritive ed è stato emesso meno protossido di azoto (un gas nocivo per l’ambiente). Allo stesso tempo sono state utilizzate dalle piante in modo più efficiente le sostanze nutritive presenti nel suolo (Bender et al. 2016). Spesso diverse funzioni del suolo sono favorite da vari organismi del suolo. Gli esempi più significativi e più noti sono lombrichi, batteri che fissano l’azoto, fungo micorrizico e microrganismi antagonisti.

I lombrichi si fanno strada nel suolo, rimescolandolo (Jossi et al. 2012). Essi creano una struttura del suolo stabile provvista di pori che assicurano un’aerazione ottimale e una distribuzione idrica ottimali, mantenendo il suolo sano e altamente produttivo. I lombrichi che popolano il suolo possono decomporre fino a sei tonnellate all’ettaro di paglia di cereali tritata dal momento della trebbiatura fino alla semina nella primavera successiva. I cunicoli dei lombrichi scavati in profondità collegano lo strato superficiale e il sottosuolo, migliorando il trasporto di acqua e di aria. Tramite i cunicoli verticali s’infiltrano importanti quantità di acqua piovana, il che riduce l’erosione del terreno in caso di violente precipitazioni.

Per la produzione agricola i batteri che fissano l’azoto, che vivono in simbiosi con le leguminose, sono probabilmente i più significativi. I batteri che fissano l’azoto vivono in tubercoli di piante di trifoglio e di altre leguminose. Trasformano l’azoto presente nell’aria in ammonio, sostanza che può essere assunta dalle piante. Siccome le piante non possono assorbire l’azoto direttamente dall’aria e la mancanza di azoto ne limita la crescita, i batteri che fissano l’azoto sono molto importanti per la produzione agricola. In un prato artificiale biennale con un’elevata quota di trifoglio questi batteri fissano fino a 400 chilogrammi di azoto all’ettaro (Nyfeler et al. 2011). A titolo comparativo per produrre 400 chilogrammi di azoto sintetico tramite il procedimento Haber-Bosch occorre la stessa quantità di energia contenuta in circa 800 litri di benzina. Questo corrisponde al consumo di benzina per lo spostamento in automobile dalla Svizzera a New Dehli. L’agricoltura biologica in particolare, in cui non sono utilizzati concimi naturali, dipende dalla simbiosi tra piante e batteri che fissano l’azoto. I prati artificiali sono pertanto ambienti molto diffusi nell’agricoltura biologica.

Un altro gruppo di organismi utili sono i funghi micorrizici (Köhl e van der Heijden 2016). Questi formano con le piante una biocenesi che è perlopiù vantaggiosa per entrambi (simbiosi). Costituiscono nel suolo un’ampia rete fitta di sottili talli funginei. In tal modo si allarga l’area di suolo raggiungibile dalla radici delle piante e migliora l’approvvigionamento di sostanze nutritive delle piante. Per una particella a Tänikon (Turgovia, CH) è stato stimato che circa il 25 % dei fosfati presenti nelle piante di granoturco è stato assorbito naturalmente tramite i funghi micorrizici presenti in natura e poi ceduto alle piante. Nei suoli poveri di sostanze nutritive questa quota può essere ancora più elevata e rappresentare fino al 90 % (van der Heijden et al. 2008).

Un altro gruppo importante sono i microorganismi come i batteri Pseudomonas. Assieme ad altri organismi utili finora poco studiati questi batteri presenti nel suolo contribuiscono alla lotta contro le malattie. Questa funzione è importante poiché nel suolo non vivono soltanto organismi utili, bensì anche agenti patogeni che possono causare significative perdite di raccolto. Non è ancora chiaro se la lotta biologica a malattie in campicoltura e orticoltura in pieno campo possa essere concepita in modo così efficiente come in serra, in cui pomodori, peperoni, eccetera possono essere coltivati quasi senza pesticidi e con l’aiuto di nemici naturali. La giungla sotto i nostri piedi racchiude ancora molti segreti il cui studio è legato a un grande potenziale e a elevate aspettative.

L’agricoltura biologica ha, in generale, un impatto positivo sugli organismi e sulla biodiversità del suolo. I campi gestiti in modo biologico contengono in media fino al 50 % in più di funghi micorrizici, più lombrichi e circa dal 10 al 20 % in più di biomassa microbica dei campi gestiti in modo convenzionale (Honegger et al. 2014). Tramite confronti effettuati recentemente con reti aziendali si è rilevato che i campi gestiti in modo biologico rispetto a campi PER immagazzinano in media circa il 25 per cento in più di carbonio, tale processo è importante per ridurre il gas a effetto serra CO₂. Attualmente si stanno ricercando i motivi. Nei campi mgestiti in modo biologico la struttura del suolo è generalmente migliore. Ciò dipende presumibilmente dall’elevata attività biologica del sottosuolo. Sembrerebbe che l’agricoltura biologica dipenda maggiormente da suoli ben funzionanti e che gli organismi viventi del suolo siano responsabili di una quota elevata dell’approvvigionamento nutritivo delle colture campicole (cfr. grafico seguente). Questo è riconducibile anche al fatto che nell’agricoltura biologica non si utilizzano concimi minerali sintetici. La produzione è maggiormente vincolata ai concimi organici e al riciclaggio delle sostanze nutritive presenti nel terreno.

Modello concettuale relativo all’impatto di input di risorse esterni (concimi minerali, pesticidi) e processi naturali sulla resa. La promozione dell’ecosistema suolo tramite l’ottimizzazione ecologica dello stesso permette di sostituire input esterni sfruttando processi naturali (p.es. fissazione biologica dell’azoto). I servizi ambientali del sistema agricolo aumentano con un influsso relativamente basso sul livello della resa. Nella gestione secondo le regole della prova che le esigenze ecologiche sono rispettate (PER) una parte dell’input esterno è sostituita tramite processi naturali. Nell’agricoltura biologica una parte ancora maggiore dell’input esterno è sostituita tramite processi naturali.

Gli agricoltori hanno due possibilità per promuovere gli organismi utili del suolo:

Con una lavorazione rispettosa del suolo (l’utilizzo dell’aratro non è sempre necessario, i metodi alternativi permettono di risparmiare tempo ed energie) oppure un avvicendamento delle colture con prati artificiali e inerbimento intermedio spesso si favorisce la presenza di lombrichi e di funghi micorrizici. La concimazione minerale riduce la popolazione di diversi organismi viventi del suolo, in particolare funghi micorrizici (Köhl e van der Heijden 2016). Invece l’applicazione di liquame, letame o compost ha, in generale, un effetto minore. Si può favorire e sfruttare la fissazione biologica dell’azoto e la disponibilità di N tramite la semina di prati artificiali o la coltivazione di leguminose (piselli, trifoglio, favette e soia).

È anche possibile attirare organismi utili come funghi micorrizici e batteri in modo mirato nel suolo. A tal fine singole specie o una miscela di poche specie di microorganismi vengono introdotte nel suolo sotto forma di polvere o di granulato (Köhl and van der Heijden 2016). Vari produttori di sementi stanno esaminando se il trattamento di sementi con organismi utili abbia potenziale. Per esempio nel caso della soia, i cui simbionti che fissano l’azoto non sono autoctoni della Svizzera, questo avviene già. Il mercato per altri organismi utili è spesso ancora relativamente nuovo e singoli prodotti e fornitori non sono necessariamente affidabili. A volte anche le condizioni in cui sono utilizzati i prodotti non sono adatte in quanto gli organismi utili non sono idonei oppure non sono riusciti a insediarsi. Tramite ulteriori lavori di ricerca e maggiori controlli indipendenti è possibile tuttavia che presto ci saranno sul mercato più prodotti di elevata qualità.

Gli organismi e la biodiversità del suolo svolgono un ruolo fondamentale per un suolo funzionante e quindi per la produzione agricola. Se l’agricoltura utilizzasse la vita presente nel sottosuolo e promuovesse «l’ottimizzazione ecologica del suolo», sarebbe possibile ridurre i costi e proteggere l’ambiente.

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Hartman et al. non pubblicato (esperimento FAST Agroscope).

Marcel van der Heijden e Franz Bender, Divisione di ricerca Agroecologia e ambiente, Agroscope
Jérôme Frei, UFAG, Settore Sistemi agroambientali e sostanze nutritive, jerome.frei@blw.admin.ch